敘述嵌入式車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
敘述嵌入式車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,國(guó)內(nèi)高速公路、城市道路、停車(chē)場(chǎng)建設(shè)越來(lái)越多,對(duì)交通控制、安全管理的要求也日益提高,智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransportationSystems,簡(jiǎn)稱(chēng)ITS)已成為當(dāng)前交通管理發(fā)展的主要方向,而車(chē)牌識(shí)別(LicensePlateRecognition,簡(jiǎn)稱(chēng)LPR)系統(tǒng)技術(shù)作為智能交通系統(tǒng)的核心,起著舉足輕重的作用,它在高速公路、城市道路和停車(chē)場(chǎng)等項(xiàng)目管理中占有無(wú)可取代的重要地位[1-2]。
本文所研究的車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng),正是在這樣的背景下提出來(lái)的,對(duì)于目前LPR作為ITS中的核心關(guān)鍵技術(shù),具有相當(dāng)大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的是一個(gè)基于DSP和FPGA的嵌入式車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)[3-4],該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng),具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程將在下文詳細(xì)描述。
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)主要采用攝像頭、視頻采集卡、工控機(jī)幾個(gè)主要模塊搭建出來(lái)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn),其優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)容易,但是成本高、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、安裝和維護(hù)不便。而在本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,摒棄了傳統(tǒng)的模式,采用TI公司的TMS320C6713B高性能(強(qiáng)大的并行運(yùn)算能力)DSP作為識(shí)別算法的運(yùn)行硬件平臺(tái),Altera公司性?xún)r(jià)比很高的Cyclone系列EP1C12Q240型號(hào)的FPGA作為協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作與相關(guān)的圖像采集及控制,再加上一些外圍器件(FLASH、SDRAM等)共同構(gòu)成本嵌入式車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)硬件平臺(tái)。與傳統(tǒng)的車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)不同,該系統(tǒng)無(wú)需計(jì)算機(jī)即可實(shí)現(xiàn)車(chē)牌圖像的采集、識(shí)別、輸出結(jié)果,具有識(shí)別性能高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。其中采用以DSP和FPGA作為核心的系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活、通用性強(qiáng)、適合于模塊化設(shè)計(jì),從而能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的算法和實(shí)時(shí)控制;同時(shí)其開(kāi)發(fā)過(guò)程可以并行進(jìn)行。
2.1視頻輸入模塊
目前,世界上實(shí)際應(yīng)用的電視信號(hào)制式主要有NTSC制、PAL制和SECAM制3種,世界上大多數(shù)國(guó)家采用PAL制,我國(guó)也采用PAL制,此系統(tǒng)采用的攝像頭輸出的視頻信號(hào)就是標(biāo)準(zhǔn)的PAL制式。
PAL電視制式規(guī)定,場(chǎng)掃描頻率為50Hz,每秒掃描25幀圖像,車(chē)牌識(shí)別,每幀包括奇、偶兩場(chǎng)圖像,每幀圖像的掃描行數(shù)為625行。電視信號(hào)由“圖像信號(hào)”和確保同步的“復(fù)合同步信號(hào)”以及消除掃描逆程回掃線(xiàn)的“復(fù)合消隱信號(hào)”等輔助信號(hào)構(gòu)成。PAL制電視信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻信號(hào)后,一般輸出數(shù)據(jù)格式符合ITU656YUV4:2:2標(biāo)準(zhǔn),輸出一幀圖像的625行數(shù)據(jù)中,其中有效圖像數(shù)據(jù)占572行,其他為場(chǎng)消隱信號(hào);同樣,每行有效的圖像數(shù)據(jù)也只有720個(gè)象素。
本系統(tǒng)中輸入是PAL制式的模擬圖像數(shù)據(jù),必須要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換才能供后續(xù)系統(tǒng)處理。此系統(tǒng)選用的視頻解碼芯片(A/D)是Philips公司的SAA7113H[5],支持標(biāo)準(zhǔn)的PAL制式視頻信號(hào)輸入。輸入可以為4路CVBS或2路S視頻(Y/C)信號(hào),通過(guò)內(nèi)部寄存器的不同配置可以對(duì)輸入進(jìn)行轉(zhuǎn)換,輸出8位VPO總線(xiàn)及一些場(chǎng)、行同步控制信號(hào),其中輸出圖像數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)的ITU656YUV4:2:2格式。SAA7113H內(nèi)部具有一系列寄存器,可以配置為不同的參數(shù),對(duì)色度、亮度等的控制都是通過(guò)對(duì)相應(yīng)寄存器改寫(xiě)不同的值,寄存器的讀寫(xiě)需要通過(guò)I2C總線(xiàn)進(jìn)行。由于TMS320C6713有自帶的I2C總線(xiàn)接口,所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)里,利用DSP通過(guò)I2C總線(xiàn)對(duì)SAA7113H進(jìn)行配置控制,簡(jiǎn)易了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[6]。
SAA7113H的VPO[7:0]總線(xiàn)以及RTS0、RTS1、LLCLK與FPGA相連,通過(guò)DSP的I2C總線(xiàn)把其中的RTS1、RTS0分別配置成場(chǎng)、行同步信號(hào),只有在行場(chǎng)同步信號(hào)都同時(shí)有效時(shí),才是有效的圖像數(shù)據(jù)輸出,否則一般為圖像的消隱信號(hào)。此時(shí)我們只要根據(jù)LLC時(shí)鐘來(lái)對(duì)VPO總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)來(lái)采集即可得到完整的圖像數(shù)據(jù)(720*572大小)。經(jīng)過(guò)實(shí)際操作,通過(guò)DSP的I2C總線(xiàn)對(duì)其進(jìn)行正確配置,然后由Verilog編寫(xiě)的FPGA程序來(lái)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采樣,再用QuartusII自帶的SignalTapIILogicAnalyzer(邏輯分析儀)對(duì)波形進(jìn)行相應(yīng)的分析,驗(yàn)證了系統(tǒng)中一些重要的信號(hào),結(jié)果顯示是正確可行的。2.2DSP功能模塊
DSP作為本系統(tǒng)的核心芯片,主要有兩方面的關(guān)鍵技術(shù):一是DSP硬件平臺(tái)的搭建;二是DSP程序的開(kāi)發(fā),包括DSP的算法移植及底層驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)。
2.2.1DSP硬件搭建
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